Как подсолнечники помогут создать идеальный город: ученые заимствуют секрет эффективного использования солнечной энергии

Солнечная энергия является одним из наиболее экологичных и доступных видов возобновляемой энергии. Однако эффективность ее использования в городских условиях зависит от уровня солнечной радиации и длины тени, которая влияет на освещенность поверхностей зданий. Для решения этой проблемы и повышения энергоэффективности городов необходимо разработать новые городские планировки, учитывающие эти факторы.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Renewable Energy Focus, группа ученых из разных стран представила новый вид городской планировки, основанной на биомиметике — подражании природе. Они использовали принцип распределения семян подсолнечника — растения, которое способно ориентироваться по солнцу и получать максимальное количество света. Они показали, что такое распределение жилых участков обеспечивает лучшее использование солнечной энергии для крыш и фасадов зданий в городах с низким уровнем солнечной радиации.

Подсолнечник имеет уникальную геометрию, которая определяет расположение его семян в центре цветка. Семена распределены по спирали, которая формирует оптимальный угол между соседними семенами. Этот угол равен приблизительно 137,5 градусов и называется золотым сечением. Благодаря этому распределению, семена подсолнечника занимают максимальную площадь и не затеняют друг друга.

Ученые взяли этот принцип за основу своей планировки города и разработали три варианта расположения жилых участков по типу семян подсолнечника. Они сравнили их с традиционными планировками, такими как сетчатая и радиальная, которые используются в большинстве современных городов. Сетчатый план представляет собой прямоугольные кварталы, расположенные под прямым углом друг к другу. Радиальный план состоит из круговых дорог, окружающих центр города.

Ученые построили 3D-модели городов с разными планировками и провели симуляцию освещенности и затенения для разных географических полушарий и времен года. Они также учли параметры, такие как высота зданий, использование земли, расположение лестниц и потребление энергии на душу населения. Они измерили доступную солнечную площадь для крыш и фасадов зданий, которая может быть использована для установки фотоэлектрических (ФЭ) модулей — устройств, которые преобразуют солнечный свет в электричество.

Результаты исследования показали, что планировка по принципу семян подсолнечника превосходит сетчатый и радиальный планы на 4% для крыш и на 12% для фасадных площадей. Это означает, что в городах с такой планировкой можно получить больше солнечной энергии с помощью ФЭ-модулей. Например, в Варшаве, которая была выбрана в качестве примера города с низким уровнем солнечной радиации и большой затененностью, потенциальное производство солнечной энергии из доступных площадей может достигнуть 337 902 304 кВт·ч.

Ученые считают, что их планировка по типу подсолнечника открывает новые перспективы для городского планирования и развития возобновляемой энергии. Они утверждают, что их план не только повышает энергоэффективность и снижает выбросы углерода, но и сохраняет приватность и культурные особенности традиционных сообществ. Они призывают городских планировщиков и архитекторов учитывать энергоэффективность на первом этапе проектирования города и строить его опираясь на возобновляемую энергию.

Эта исследование демонстрирует, как наука и природа могут сотрудничать в создании лучшего будущего для человечества. Подсолнечник — не только красивый и полезный цветок, но и вдохновение для нового вида городов, которые будут жить в гармонии с солнцем и окружающей средой.